Лабораторный практикум 2010

По графику спектра найти уровень интермодуляционных составляющих относительно основных тонов и выразить его в децибелах ∆(дБ)=20lg(Uвых осн/Uвых им), где Uвых осн – амлиту- да составляющей выходного сигнала на частоте входного, Uвых им - амплитуда интермодуля- ционной составляющей 3 порядка.

5. Лабораторная работа №3. Исследование свойств усилительных каскадов при малосигнальном режиме работы

Цель работы: исследование свойств транзисторного каскада при малосигнальном ре- жиме работы его транзистора.

Исходные данные: тип транзистора, положение исходной рабочей точки (Uкэ0, Iк0), со- противление резистора R1. Если R1 не задано, принять его равным 1 кОм. Если Uкэ0 не зада- но, принять его равным 10 В.

Порядок выполнения работы

1.Определить малосигнальные параметры транзистора g11, g12, g21, g22 для включения

собщим эмиттером (ОЭ) при заданном положении ИРТ. Для этого с помощью источников ЭДС V1 и V2 (рисунок 5.1) установить заданное положение ИРТ (Uкэ0, Iк0).

Рисунок 5.1. Схема измерения малосигнальных параметров транзистора.

Для измерений использовать команду Analysis\Transfer Function. При измерении пере- даточной g21 и входной g11 проводимостей считать входным (испытательным) источником (Input Source Name) источник V1 (рисунок 5.1). При этом в качестве выходной величины (Output Expression) указать ток коллектора транзистора ic(q1). В этом случае в поле Transfer Function отобразится передаточная проводимость, а в поле Input Impedance – входное сопро- тивление 1/g11.

Аналогично для измерений выходной проводимости g22 и проводимости обратной пе- редачи g12 входным сигналом следует считать сигнал источника V2, а в качестве выходной величины указать ток базы транзистора ib(q1). В поле Input Impedance отобразится выходное сопротивление 1/g22.

Сопоставить измеренные значения с расчетными, полученными по формулам

g21 = dIк / dUбэ = Iк / mUт;

g11 = dIб / dUбэ = Iк / mUт h21э = gб'э / т; g12 = dIб / dUкэ » 0;

g22 = dIк / dUкэ = Iк / (½UЭр½ + ½Uкэ½), где UЭр – потенциал Эрли.

Для транзисторов малой мощности значение потенциала Эрли лежит в пределах 50…250 В. т = 1 + rб Iк/Uтh21э. Значение сопротивления rб лежит в пределах 10...50 Ом. Зна- чение коэффициента передачи транзистора по току h21э для данного транзистора можно при- нять равным параметру BF его модели (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Параметры модели транзистора 2.Измерения по п.1 повторить для случая, когда в цепь общего электрода транзистора

включен резистор сопротивлением 10 Ом (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3. Схема измерения малосигнальных параметров транзистора, включенного по схеме ОЭF.

При измерениях обеспечить исходный режим работы транзистора (положение ИРТ). Для этого напряжение источника V1 необходимо увеличить на величину, равную падению напряжения на резисторе R1 при протекании через него тока эмиттера, т.е на R1 Iэ0. После выполнения расчета проконтролировать значение тока коллектора можно включив отобра-

жение токов командой Options\View\Current.

Сравнить полученные параметры с теоретическими, определяемыми соотношениями

g11F ≈ g11/ F;

g21F ≈ g21/ F;

g12F ≈ g12;

g22F ≈ g22/ F;

где Fоэ ≈ 1 + g21RF; Fок = 1 + g22RF; Fоб = 1 + g11RF.

3. Измерить коэффициент усиления каскада, его входное и выходное сопротивления при включении по схеме с общим эмиттером (рисунок 5.4).

Рисунок 5.4. Схема каскада с ОЭ

Значение резистора принять равным 1 кОм. Перед началом измерений обеспечить не- обходимое положение ИРТ. Для этого напряжение источника V2 необходимо увеличить на величину, равную падению напряжения на резисторе R1 при протекании через него тока эмиттера, т.е на R1 Iк0. Не забыть откорректировать напряжение источника V1 для обеспече- ния требуемого тока коллектора.

Для измерений использовать команду Analysis\Transfer Function. При измерении ко- эффициента усиления, входного и выходного сопротивлений считать входным (испытатель- ным) источником (Input Source Name) источник V1 (рисунок 5.4). При этом в качестве выход- ной величины (Output Expression) указать напряжение на коллекторе транзистора V(2). В этом случае в поле Transfer Function отобразится коэффициент усиления, в поле Input Impedance – входное сопротивление, а в поле Output Impedance – выходное сопротивление.

4. Измерения, аналогичные п.3 провести для схемы с общим коллектором (ОК) (рису-

нок 5.5).

Рисунок 5.5. Схема каскада с ОК Перед началом измерений обеспечить необходимое положение ИРТ. Для этого напря-

жение источника V1 необходимо увеличить по сравнению с п.1 на величину, равную падению напряжения на резисторе R1 при протекании через него тока эмиттера, т.е на R1 Iэ0. Учесть, что в качестве выходного узла схемы ОК выступает не коллекторный, а эмиттерный электрод транзистора.

5. Измерения, аналогичные п.3 провести для схемы с общей базой (ОБ) (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6. Схема каскада с ОБ

Обратить внимание на полярность источника V1. Перед началом измерений обеспе- чить необходимое положение ИРТ. Для этого напряжение источника V2 необходимо увели- чить по сравнению с п.1 на величину, равную падению напряжения на резисторе R1 при про- текании через него тока эмиттера, т.е на R1 Iк0. Учесть, что в качестве выходного узла схемы ОБ выступает коллекторный электрод транзистора.

6. Сопоставить измеренные по пп. 3…6 параметры с вычисленными на основании таб- лицы 1.

Таблица 1

Схема

K

gвх

gвых

Ki

ОЭ

g

R

g

g

22

h21э

−

21 н

11

1+ g

22

R

н

ОК

g R

g

g

21

h21э +1

21

н

11

1+ g21Rн

1+ g21Rн

1+ g11Rc

ОБ

g R

g

21

g

h21э

21

н

22

1+ h21э

1+ g22Rн

1+ g21Rc

При сопоставлении учесть, что табличные gвых относятся только к самому транзисто- ру, а измеренные к параллельному соединению gвых и R1.

6. Лабораторная работа №4. Исследование принципов построения и работы каскадов усиления переменных сигналов

Цель работы: исследование принципов построения и работы каскадов усиления пере- менных сигналов.

Исходные данные: тип транзистора, положение исходной рабочей точки (Uкэ0, Iк0), со- противление резистора R1. Если R1 не задано, принять его равным 1 кОм. Напряжение эмит- терной стабилизации тока UR3. Если напряжение эмиттерной стабилизации не задано, при- нять его равным 1 В. Если Uкэ0 не задано, принять его равным 10 В.

Порядок выполнения работы

1. Исследовать принципы организации работы каскада на постоянном токе, основан- ные на применении базового делителя и схемы эмиттерной стабилизации. Исследования вы- полнить с помощью схем, изображенных на рисунках 6.1 и 6.2 при токе базового делителя

Iдел=1 мА.

Рисунок 6.1. Схема обеспечения заданного положения ИРТ с помощью базового дели-

теля.

Рисунок 6.2. Схема обеспечения заданного положения ИРТ с помощью эмиттерной стабилизации.

Предварительно вычислить значения резисторов базового делителя. Для схемы на ри-

сунке 6.1 R2=Uбэ0/Iдел, R4=(V1-Uбэ0)/Iдел. Для схемы на рисунке 6.2 R2=(UR3+Uбэ0)/Iдел, R4=(V1-

Uбэ0- UR3)/Iдел. Напряжение источника питания, обеспечивающее при токе Iк0 требуемое на- пряжение Uкэ0 для схемы на рисунке 6.1 вычисляется по формуле V1= Uкэ0+ Iк0R1, а для схемы на рисунке 6.2 по формуле V1= Uкэ0+ Iк0R1+ UR3. Сопротивление токозадающего резистора R3 вычисляется по закону Ома R3= UR3/Iк0.

Выполнить расчет на постоянном токе и скорректировать при необходимости сопро- тивление резистора R4 исходя из обеспечения заданного тока Iк0. Необходимость данной кор- рекции связана с тем, что при расчетах не учитывалось ответвление тока в базу транзистора. Этот расчет удобно делать с помощью команды Analysis\Dynamic DC, включив предвари- тельно командой Options\View\Currents отображение токов на схеме. Данный вид анализа по- зволяет изменять номинальные значение элементов схемы и наблюдать результат непосред- ственно на схеме. В окне параметров расчета Dynamic DC (рисунок 6.3) можно принять зна- чения, предлагаемые «по умолчанию».

Рисунок 6.3. Окно параметров Dynamic DC

На схеме кроме элементов и значений токов появляются еще бегунки, позволяющие динамично изменять параметры элементов (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4. Схема в режиме Dynamic DC

В данном случае ток коллектора оказывается очень чувствителен к изменению сопро- тивления R4. Поэтому значение сопротивления удобнее подобрать путем численного ввода без использования бегунка.

Используя этот же вид анализа определить и сопоставить температурные изменения тока коллектора для двух значений рабочей температуры 27 °С и 0 °С. Рабочая температура задается в окне параметров расчета (рисунок 6.3). По окончании измерений восстановить ис- ходное значение температуры 27 °С.

2. На основе схемной конфигурации рисунка 2 организовать каскад усиления пере- менного сигнала с общим эмиттером (рисунок 6.5). Во избежание низкочастотных искажений значение блокирующей емкости C2 и емкости разделительных конденсаторов C1 и C3 уста- новить не менее 10 мФ (миллифарад). Емкость нагрузки C4 принять равной 30 пФ.